Оптимізація стального звареного резервуару при обмеженні: напружень, переміщень, власних частот коливання

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.32347/2522-4182.3.2018.34-50

Ключові слова:

Оптимізація, проектування, оболонки, паливний резервуар, оптимізація резервуарів, оптимізація Femap Nastran, чисельне дослідження

Анотація

При збільшення рівня потреб в нафтопродуктах стала проблема будівництва резервуарів для їх зберігання. Історія появи резервуарів в світі з розвитком нафтової промисловості почалась в 17 ст. з збільшенням видобуванням і переробкою нафтопродуктів. Спочатку це, були земляні резервуари на глинистих ґрунтах. При такій конфігурації конструкції підприємства втрачали частину нафтопродуктів, а також, з часом, такі конструкції обвалювалися, тим самим були дуже небезпечними для тривалої експлуатації резервуара. Перший клепаний стальний резервуар запропонував В. Г. Шухов, який був побудований в 1878 році. В 1935 році в світі був збудований зварний резервуар, який мав об’єм 1000 м3 . Цей метод дозволив перейти на індустріальний рівень і розгорнути цілу мережу резервуарів в промислових районах України і світу. За кордоном вирішуються проблеми зберігання нафти під землею з використанням природних і штучних пустот. На сьогоднішній день практично всі сучасні АЗС, бази нафтопродуктів та інші підприємства використовують стальні зварні резервуари. Ці конструкції є надійні та довговічні, але виникає питання для будь-якого підприємства економічної сторони питання. Зробити під кожне підприємство індивідуальну товщину стальних конструкцій, для економії коштів на будівництво. При цьому розглядається необхідне оптимальне автоматизоване проектування цих резервуарів для знаходження оптимального рішення конструкції[1,2]. В даній статі розглянута оптимізація резервуару з плаваючим дахом. Оптимізація виконується математичним методом градієнтного спуску. Просторова скінченно-елементна модель побудована за допомогою методу скінченних елементів. Виконаний збір навантаження на оболонку паливного резервуару з плаваючим дахом, а саме: власна вага конструкції, сніг, вітер, навантаження від нафтопродуктів в паливному резервуарі, технологічне навантаження від людей та огороджувальних конструкцій. Розроблені комбінації по навантаженню, була обрана найнебезпечніша комбінація, за якою і проводилася оптимізація паливного резервуару. Цільова функція – маса. Змінні проектування – товщина оболонки. Обмеження: напруження по Мізесу, переміщення по осям X,Y,Z, перша частота власних коливань конструкції. Результати представлені на діаграмах показують зменшення або збільшення маси – цільової функції при певному обмеженню конструкції. Виконані чисельні дослідження та зроблені висновки по даній методиці.

Посилання

Дедов Н.І., Истукина В.Н. Оптимальное проектирование цилиндрических оболочек при неравномерном загружении //Известия Самарского центра РАН// т. 18 №4 (2), 2016 с. 257-262.

Мищенко А.В., Немировский Ю.В. Структурно-неоднородные профилированные стержневые системы. Методы рационального и оптимального проектирования, 2016. - 332 c.

Пермяков В.О., Перельмутер А.В. Оптимальное проектирование стальных стержневых конструкций. – К: ООО “Издательство Сталь”, 2008. – 538 с.

Гайдайчук В.В., Кошевий О.О., Кошева О.В. Параметрична оптимізація колон при різній геометричній формі поперечного перерізу //Містобудування та територіальне планування // Випуск 66. Ст. 78-90 2018 рік. м. Київ;

Гайдайчук В.В., Кошевий О.О., Кошевий О.П. Оптимальне проектування і розрахунок на міцність оболонок і пластин при дії комбінованих навантажень в програмному комлексі Femap Nastran // Сучасні проблеми архітектури // Випуск №50 2018 рік. м. Київ;

Ng CT 2005. Optimization Design of Tall Buildings under Multiple Design Criteria. Final Year Project Thesis, Department of Building and Construction, City University of Hong Kong, Hong Kong Special Administrative Region (HKSAR), China; Mark Sarkisian, Eric Long, Chung-Soo Doo, David Shook Optimization tools for the Design of Structures SEAOC 2009 Convention proceeding pp. 1-16 San Francisco, California; Yang, X.Y., Xie, Y.M., Liu, J.S., Parks, G.T., Clarkson, P.J. (2003). “Perimeter control in the bidirectional evolutionary optimization method.” Structural and Multidisciplinary Optimization 24: 430-440;

H. Nikral, S. Yoshitomi. Structural optimization method for 3D reinforced concrete building structure with shear wall. World Academy of Science engineering and technology international Journal of Civil and Environmental Engineering International Scholarly and Scientific Research and Innovation pp. 1352-1358. 2017; Senay Atabay “Cost optimization of threedimensional beamless reinforced concrete shearwall systems via genetic algorithm” Expert system with Application 36 (2009) 3555-3561.

Ali Kaveh, Pooya Zakian “Optimal seismic design of reinforced concrete shear wallframe structures” KSCE Journal of Civil Engineering 1-10 2014 Korean Society of Civil Engineers DOI 10.1007/5 12205 014-0640-x.

Men Jinjei, Shi Qingxuan, He Zhijian. “Optimal design of tall residential building with RC Shear wall and with rectangular layout” International Journal of High-Rise Building December 2014, Val 3, No 4, 285-296.

Hamza, K., Mahmoud, H., & Saitou, K., 2003. Design optimization of N-shaped roof trusses using reactive taboo search. Applied Soft Computing., vol. 3, pp. 221–235.

Shea, K., Leubkeman, C. (2005). “CDO: Computational design + optimisation in building practice.” The Arup Journal, 40(3): 17-21;

Shea, K., Smith, I.F.C. (2006). “Improving full-scale transmission tower design through topology and shape optimization.” Journal of Structural Engineering 132(5): 781-790.

Vanderplaats, G. (2004). “Very large scale continuous and discrete variable optimization.” 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, Albany, New York.

Yang, Y., Soh, C.K. (2002). “Automated optimum design of structures using genetic programming.” Computers and Structures 80: 1537-1546.

Моргун А.С., Сорока М.М. Розв’язування задач параметричної оптимізації будівельних конструкцій в програмного комплексі ANSYS // Вісник Вінницького політехнічного інституту 2017. №5 С. 18-22;

Гинзбург А.В., Василькин А.А. Постановка задачи оптимального проектирования стальных конструкций // Вестник МГСУ. 2014. № 6. С. 52—62;

Волков А.А., Василькин А.А. Развитие методологии поиска проектного решения при проектировании строительных металлоконструкций // Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 123—137.

Шелофаст В.В., Куликов В.Г., Аль Хаммади, Яковлев А.С. Автоматизированное проектирование зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 9. С. 49—51. 11. Fedorik F. Effici.

##submission.downloads##